Учёные из Сколтеха предложили новое объяснение загадки, связанной с ролью этиленкарбоната в электролитах литий-ионных аккумуляторов. Их исследование, опубликованное в журнале Journal of Materials Chemistry A, даёт новое понимание того, почему этиленкарбонат и пропиленкарбонат ведут себя по-разному по отношению к графитовым анодам в литий-ионных аккумуляторах.
В начале коммерциализации литий-ионных аккумуляторов исследователи столкнулись с проблемой коррозии графитовых анодов. Пропиленкарбонатные электролиты, подходящие для металлического лития, оказали агрессивное воздействие на графит. Эта проблема тормозила использование графитовых электродов до появления этиленкарбоната как замены пропиленкарбонату.
Молекулы этиленкарбоната и пропиленкарбоната, хотя очень похожи с электрохимической точки зрения, проявляют совершенно разные свойства при взаимодействии с графитовыми анодами.
В Сколтехе учёные предположили, что этиленкарбонат в электролите вызывает образование тонкого слоя вязкой жидкости на поверхности графита. Этот слой защищает графит, мешая проникновению большого количества молекул электролита между его слоями и предотвращая отслоение этих слоёв анода.
Эксперименты показали, что слой образуется в электролитах на основе этиленкарбоната, но не в электролитах на основе пропиленкарбоната. Образование вязкого жидкого слоя предшествует формированию твердоэлектролитной интерфазы, являющейся важным компонентом литий-ионных аккумуляторов.
Понимание процессов на границе раздела в литий-ионных аккумуляторах открывает новый взгляд на взаимодействие состава электролита с динамикой границы раздела анод-электролит, что критически важно для создания более стабильных и эффективных аккумуляторов.
Предложенный подход выходит за границы литий-ионных аккумуляторов, предлагая ценные идеи для новых технологий натрий- и калий-ионных аккумуляторов. Исследование углубляет понимание влияния физических свойств компонентов электролита на динамику интерфейса, что может ускорить инновации в сфере хранения энергии.
Исследование предоставляет новое понимание роли этиленкарбоната в литий-ионных аккумуляторах и объясняет различия в поведении материала с графитовыми анодами. Открытие важно для разработки более безопасных и эффективных литий-ионных аккумуляторов, считает Сергей Лучкин, старший научный сотрудник Сколтеха.
«Ожидается, что исследование окажется полезным для создания новых энергохранительных технологий, например, аккумуляторов на основе натрия и калия. Исследования этих технологий продолжаются, и ожидается их заметное влияние на будущее хранения энергии», — пояснил Егор Пажетнов, ведущий инженер-технолог Сколтеха.